선체추진용 축전지전원 BLDC모터의 전력변환방식에 따른 효율비교

Abstract

본 논문에서는 두 타입의 전력변환장치에 의한 축전지 소스 BLDC 모터의 운전 특성 파악 및 에너지 효율 비교 분석에 그 목적을 둔다. 운전 특성 파악을 위해서는 일정 조건 하에서 모터를 구동시켜 축전지의 전압과 전류 정보의 변화를 분석한다. 또한, 모터의 출력과 토크 정보, 그리고 모터의 발열 특성과 출력에 미치는 영향 등도 분석한다. 축전지 소스 BLDC 모터일 경우 모터 구동을 위해 사용 가능한 축전지 최저 전압(threshold voltage)이 존재한다. 이 최저 전압에 이르기까지의 일련의 데이터들을 수집하여 모터의 운전 특성을 면밀히 분석한다. 한편, 에너지 효율 비교 분석을 위해서는 전력변환장치의 효율과 각기 다른 2 type의 BLDC 모터의 효율에 주목한다. 드라이브 입력전력에 대한 모터에로의 출력전력의 비, 모터 입력 전력과 토크, 속도로 변환된 동력에너지 출력 비를 각각 분석한다. 또한, 드라이브의 출력 파형을 분석하여 파형의 왜곡율(distortion rate)과 고조파(harmonics) 함유율 등을 분석하고 최종적으로 축전지의 사용시간을 비교 분석한다. 이와 같은 운전특성 및 에너지 효율 비교 분석을 통해 선박에서 사용할 수 있는 최적의 모터 조건과 드라이브로서 갖추어야 할 성능을 제시함으로써 향후 이 분야의 설계 기초자료를 제공하고자 한다.

Recently, electrical motor driven propulsion system is gradually adopted in a small ship such as leisure boat or a special purpose vessel because of its low noise, low vibration, good controllability in a low speed, and human friendly circumstances. Moreover, the electrical motor propulsion system can be driven by battery source DC which obtained from renew generative low efficiency energy. Among the various electrical motors, a BLDC motor has excellent performances such as good speed-torque characteristic, low inertia, large power-to-volume ratio, and low noise, and so on. Thus DC motors have been gradually replaced by BLDC motors. Basically BLDC motors belong to a PM motor. The PM motors are synchronous motors that have permanent magnets mounted on the rotor, and the armature windings located on the stator. The PM motors are categorized into two types. The first type is referred to a PM synchronous motor(PMSM) which has sinusoidal back-EMF. The other type has a trapezoidal back-EMF and is referred to as the brushless dc(BLDC) motor. We investigate some operation characteristics and energy efficiency of the BLDC motors driven by different two types power conversion system depends on same battery source for applying to a electrical motor propulsion system. Also, we analyzed some real time waves like voltages and currents obtained from a digital power analyzer. Especially, discharge times of the battery voltage are precisely compared each other to get a basic design parameters when the different types of BLDC motors are used for propulsion system. Finally, we arrange some conclusions through some experimental data in order to suggest optimum conditions when we apply the BLDC motors to propulsion system.